平臺(tái)-平臺(tái)慣性系統(tǒng)傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)

平臺(tái)-平臺(tái)慣性系統(tǒng)傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)

李 蟬1，2，余浩章2，張士峰1

（1.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410073；2.北京跟蹤與通信技術(shù)研究所，北京100094）

分析了平臺(tái)-平臺(tái)系統(tǒng)傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)與捷聯(lián) 捷聯(lián)系統(tǒng)傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)的差異，在此基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了平臺(tái)-平臺(tái)傳遞對(duì)準(zhǔn)中主、子慣導(dǎo)系統(tǒng)速度誤差方程和框架角誤差方程，建立了平臺(tái) 平臺(tái)傳遞對(duì)準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型，給出了角速度與角加速度的獲取方法，設(shè)計(jì)的低通濾波能夠有效抑制角速度與角加速度中的高頻噪聲。仿真計(jì)算表明，基于速度與框架角匹配的平臺(tái) 平臺(tái)傳遞對(duì)準(zhǔn)方法能夠得到優(yōu)于0.15°的對(duì)準(zhǔn)精度。

傳遞對(duì)準(zhǔn)；平臺(tái)式慣性系統(tǒng)；速度匹配；框架角匹配；低通濾波器

0 引 言

傳遞對(duì)準(zhǔn)是指載體在航行時(shí)，利用高精度的主慣導(dǎo)系統(tǒng)信息對(duì)載體上需要對(duì)準(zhǔn)的子慣導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行初始對(duì)準(zhǔn)的方法，該方法是目前解決運(yùn)動(dòng)載體上武器系統(tǒng)在動(dòng)基座條件下初始對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題的主要手段。傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，在誤差模型［1-2］、匹配方式［35］、可觀測(cè)性分析［67］、桿臂效應(yīng)及彈性變形［8-9］等方面取得了許多成果，傳遞對(duì)準(zhǔn)的快速性與精度得到了很大提高。在工程實(shí)際中，傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)成功應(yīng)用于戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、飛機(jī)、艦船等對(duì)象上［34，8，10］，但是這些對(duì)象及研究?jī)?nèi)容絕大多數(shù)使用捷聯(lián)慣性系統(tǒng)，即主、子慣導(dǎo)系統(tǒng)均為捷聯(lián)慣性系統(tǒng)，或子慣導(dǎo)系統(tǒng)為捷聯(lián)慣性系統(tǒng)。出于應(yīng)用背景等原因，國(guó)內(nèi)外關(guān)于潛艇 潛射導(dǎo)彈、天基武器系統(tǒng)、艦載機(jī)著陸等平臺(tái) 平臺(tái)慣性系統(tǒng)的傳遞對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題，即主、子慣導(dǎo)系統(tǒng)均為平臺(tái)式系統(tǒng)的情況，公開(kāi)文獻(xiàn)討論較少。文獻(xiàn)［11］討論了艦載平臺(tái)系統(tǒng)的傳遞對(duì)準(zhǔn)，其數(shù)學(xué)模型仍然基于捷聯(lián)系統(tǒng)獲得。文獻(xiàn)［12］研究了平臺(tái)系統(tǒng)的姿態(tài)傳遞對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題。

實(shí)際上，平臺(tái)-平臺(tái)傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)不同于捷聯(lián)系統(tǒng)傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，主要特點(diǎn)在于：

（1）平臺(tái)式慣性系統(tǒng)有物理平臺(tái)與框架系統(tǒng)，載體角運(yùn)動(dòng)可由框架系統(tǒng)補(bǔ)償，因此平臺(tái)式慣性系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)慣性空間定向；

（2）平臺(tái)系統(tǒng)不能直接給出載體角速度信息，只能給出框架角信息，而且框架角信息不是通過(guò)數(shù)學(xué)方法計(jì)算得到的，而是平臺(tái)伺服回路與框架系統(tǒng)直接給出的，所以平臺(tái)系統(tǒng)的失準(zhǔn)角概念與捷聯(lián)系統(tǒng)有所不同；

（3）傳遞對(duì)準(zhǔn)中桿臂效應(yīng)的補(bǔ)償需要得到載體角速度與角加速度，而平臺(tái)系統(tǒng)只能輸出框架角（即姿態(tài)角），如何準(zhǔn)確補(bǔ)償桿臂效應(yīng)也是其中的關(guān)鍵問(wèn)題；

（4）平臺(tái)式慣性系統(tǒng)一般應(yīng)用于大型艦船、潛艇、戰(zhàn)略導(dǎo)彈等對(duì)象，其載體機(jī)動(dòng)方式與大小受到很大限制，降低了傳遞對(duì)準(zhǔn)中系統(tǒng)的可觀測(cè)性。

本文主要開(kāi)展平臺(tái)-平臺(tái)系統(tǒng)傳遞對(duì)準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型、桿臂效應(yīng)補(bǔ)償、方案實(shí)現(xiàn)等方面的研究，由平臺(tái)式系統(tǒng)導(dǎo)航數(shù)學(xué)模型出發(fā)，建立傳遞對(duì)準(zhǔn)速度及框架角誤差微分方程，在此基礎(chǔ)上提出平臺(tái) 平臺(tái)傳遞對(duì)準(zhǔn)匹配方法，最后仿真研究平臺(tái) 平臺(tái)傳遞對(duì)準(zhǔn)中的對(duì)準(zhǔn)精度與對(duì)準(zhǔn)速度。

1 平臺(tái)式慣性系統(tǒng)導(dǎo)航數(shù)學(xué)模型

為了描述方便起見(jiàn)，定義如下幾個(gè)坐標(biāo)系：i表示慣性坐標(biāo)系，e表示地心坐標(biāo)系，n表示導(dǎo)航坐標(biāo)系（當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系，即北天東坐標(biāo)系），m表示主慣導(dǎo)導(dǎo)航坐標(biāo)系，s表示子慣導(dǎo)實(shí)際導(dǎo)航坐標(biāo)系，sˉ表示子慣導(dǎo)考慮安裝誤差情況下實(shí)際三軸指向形成的坐標(biāo)系，b表示載體坐標(biāo)系。由于子慣導(dǎo)系統(tǒng)安裝誤差，m系與s系并不重合，而由于子慣導(dǎo)系統(tǒng)漂移誤差，導(dǎo)致s系與sˉ系不重合。

慣性平臺(tái)導(dǎo)航系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)慣性空間定向，同時(shí)也可跟蹤當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系，這種導(dǎo)航方式可直接給出當(dāng)?shù)氐乩斫?jīng)、緯度。在討論平臺(tái)-平臺(tái)傳遞對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題時(shí)，假定主、子平臺(tái)系統(tǒng)都跟蹤當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系，即指北跟蹤平臺(tái)。指北跟蹤平臺(tái)系統(tǒng)的導(dǎo)航方程可寫成如下形式：

式中，ωie為地球自轉(zhuǎn)角速度在地理坐標(biāo)系中的表示；ωen為地理系相對(duì)于地心坐標(biāo)系的角速度，即載體在球面上航行所形成的角速度。

平臺(tái)式系統(tǒng)為保證臺(tái)體的空間指向，通過(guò)框架系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償載體角運(yùn)動(dòng)，可直接給出框架角，框架角信息與載體系至導(dǎo)航系的姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣密切相關(guān)，但框架角信息并不是通過(guò)數(shù)學(xué)方法計(jì)算得到的，而是平臺(tái)伺服回路與框架系統(tǒng)直接給出的，因此平臺(tái)系統(tǒng)的失準(zhǔn)角概念需要重新定義。記α，β，γ分別為平臺(tái)基座相對(duì)外框架、外框架相對(duì)于內(nèi)框架、內(nèi)框架相對(duì)于臺(tái)體的轉(zhuǎn)角。根據(jù)臺(tái)體及框架坐標(biāo)系的定義，給出框架角速度與載體角速度及臺(tái)體角速度的關(guān)系［13］：

當(dāng)平臺(tái)取這種定向方式時(shí)，載體姿態(tài)角與平臺(tái)框架軸是一一對(duì)應(yīng)的，不需要經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換便可用平臺(tái)姿態(tài)角傳感器的信號(hào)度量載體姿態(tài)角。

2 平臺(tái)-平臺(tái)系統(tǒng)傳遞對(duì)準(zhǔn)誤差模型

平臺(tái)系統(tǒng)采用實(shí)際物理平臺(tái)，姿態(tài)角（框架角）輸出由平臺(tái)回路系統(tǒng)得到，而且平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)無(wú)法直接給出載體角速度，只能給出框架角輸出。在平臺(tái)-平臺(tái)傳遞對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中，能直接得到的信息是速度信息與框架角信息，下面推導(dǎo)給出平臺(tái) 平臺(tái)傳遞對(duì)準(zhǔn)速度與框架角誤差微分方程數(shù)學(xué)模型。

2.1 慣性器件誤差模型

由于傳遞對(duì)準(zhǔn)時(shí)間較短，子慣導(dǎo)加速度計(jì)和陀螺儀的漂移量較小，相當(dāng)一部分慣導(dǎo)工具誤差系數(shù)項(xiàng)引起的測(cè)量誤差很小。如果要對(duì)所有誤差系數(shù)都建模并加以估計(jì)，一方面降低了系統(tǒng)的可觀性，另一方面大大增加了濾波的狀態(tài)維數(shù)和計(jì)算量，降低了安裝誤差角的估計(jì)精度，所以在傳遞對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中，認(rèn)為子慣導(dǎo)儀器的測(cè)量誤差主要由常值偏差和白噪聲構(gòu)成。即有

2.2 速度誤差方程

在傳遞對(duì)準(zhǔn)中，主慣導(dǎo)系統(tǒng)一般不考慮慣性器件漂移誤差，其速度微分方程為

對(duì)于子慣導(dǎo)系統(tǒng)，其比力信息是在子慣導(dǎo)真實(shí)坐標(biāo)系中測(cè)量得到的，其導(dǎo)航方程為

子慣導(dǎo)系統(tǒng)敏感到的比力是在其自身敏感軸所在坐標(biāo)系中得到的，可表示為

式中，Φ為兩個(gè)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣之間的失準(zhǔn)角。假設(shè)平臺(tái)框架角與彈體姿態(tài)角（俯仰、偏航、滾轉(zhuǎn)）的關(guān)系為式（3），根據(jù)失準(zhǔn)角與姿態(tài)角的概念，失準(zhǔn)角Φ與Δ之間的關(guān)系為

式中

2.3 框架角誤差方程

對(duì)于指北跟蹤平臺(tái)而言，平臺(tái)臺(tái)體角速度與載體角速度共同構(gòu)成了框架角輸出。對(duì)于主慣導(dǎo)而言，由于導(dǎo)航坐標(biāo)系為地理坐標(biāo)系，則臺(tái)體跟蹤角速度

基座角速度即載體運(yùn)動(dòng)角速度，即

必須說(shuō)明的是，子慣導(dǎo)敏感到的基座角速度與子慣導(dǎo)安裝誤差角密切相關(guān)，其基座角速度是在子慣導(dǎo)坐標(biāo)系s下測(cè)量的。根據(jù)框架系統(tǒng)原理，子慣導(dǎo)陀螺儀漂移量不會(huì)反映到平臺(tái)系統(tǒng)的伺服回路中，所以主、子慣導(dǎo)敏感到的載體角速度為

假設(shè)子慣導(dǎo)系統(tǒng)相對(duì)于主慣導(dǎo)系統(tǒng)的安裝誤差為δs，令＝［αβγ］T，則主、子慣導(dǎo)系統(tǒng)框架角輸出之差為

2.4 桿臂效應(yīng)補(bǔ)償

在平臺(tái)-平臺(tái)系統(tǒng)傳遞對(duì)準(zhǔn)中，載體一般為大型艦艇，桿臂矢量rs比較大，導(dǎo)致桿臂效應(yīng)產(chǎn)生的主、子慣導(dǎo)加速度差也比較大，而且由于各種環(huán)境等因素的限制，載體機(jī)動(dòng)加速度比較小，使得桿臂加速度補(bǔ)償更加重要。定義桿臂加速度如下：

2.5 平臺(tái)-平臺(tái)傳遞對(duì)準(zhǔn)估計(jì)

實(shí)際上，式（17）和式（19）就是平臺(tái) 平臺(tái)系統(tǒng)傳遞對(duì)準(zhǔn)中的速度誤差微分方程與框架角誤差微分方程，為避免濾波系統(tǒng)模型中待估參數(shù)過(guò)多、模型過(guò)于復(fù)雜，主、子慣導(dǎo)系統(tǒng)框架角、主慣導(dǎo)敏感到的載體搖擺角速度、以及臺(tái)體角速度都不作為系統(tǒng)狀態(tài)變量。在濾波過(guò)程中，、中的框架角參數(shù)直接使用子慣導(dǎo)系統(tǒng)輸出代替，中的框架角參數(shù)直接使用主慣導(dǎo)系統(tǒng)輸出代替，而主慣導(dǎo)敏感到的載體搖擺角速度、臺(tái)體角速度根據(jù)主慣導(dǎo)輸出框架角實(shí)時(shí)計(jì)算得到，這樣，傳遞對(duì)準(zhǔn)模型中的系統(tǒng)變量為

平臺(tái)系統(tǒng)不能直接輸出角速度信息，載體的角速度信息只能反映到框架角輸出上，但是在傳遞對(duì)準(zhǔn)中，姿態(tài)誤差微分方程以及桿臂加速度的補(bǔ)償都需要角速度信息，因此如何獲取角速度信息是平臺(tái) 平臺(tái)傳遞對(duì)準(zhǔn)中非常關(guān)鍵的問(wèn)題。考慮主慣導(dǎo)平臺(tái)框架角輸出方程式（2），對(duì)于跟蹤地理坐標(biāo)系的平臺(tái)系統(tǒng)而言，ωpx、ωpy、ωpz可根據(jù)地球自轉(zhuǎn)角速度及主慣導(dǎo)系統(tǒng)獲得速度信息得到，見(jiàn)式（13）。而基座角速度ωpx0、ωpy0_、_ω____pz0的獲取則需要采取一定的措施，可根據(jù)主慣導(dǎo)系統(tǒng)輸出的框架角信息實(shí)時(shí)估計(jì)基座角速度。由于平臺(tái)臺(tái)體角速度已知，可利用下式得到載體角速度。

對(duì)于差分角速度，設(shè)計(jì)如下的低通濾波器：通帶頻率為信號(hào)頻率的0.05倍，阻帶頻率為信號(hào)頻率的0.2倍，通帶衰減不得高于3 d B，阻帶衰減不得低于40 d B，得到的濾波器離散傳遞函數(shù)為

式中，z為復(fù)變量。

對(duì)于差分角加速度，設(shè)計(jì)如下的低通濾波器：通帶頻率為信號(hào)頻率的0.01倍，阻帶頻率為信號(hào)頻率的0.2倍，通帶衰減不得高于3 d B，阻帶衰減不得低于40 dB，得到的濾波器離散傳遞函數(shù)為

3 速度+框架角匹配方法

3.1 速度匹配方程

式中，εvx、εvy、εvz均表示白噪聲。

3.2 框架角匹配方程

獲得主、子慣導(dǎo)框架軸測(cè)量值后，實(shí)際上可以給出艦體坐標(biāo)系相對(duì)于慣性坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣，直接將二者作差，即得到主、子慣導(dǎo)系統(tǒng)姿態(tài)誤差角。

4 仿真驗(yàn)證與分析

速度與角速度匹配模式下，系統(tǒng)的狀態(tài)方程為15維，分別為主、子慣導(dǎo)系統(tǒng)速度差ΔV、失準(zhǔn)角誤差Δ、安裝誤差δs、加速度計(jì)零偏、陀螺儀零偏，即

動(dòng)力學(xué)模型為式（17）和式（19），匹配方程為速度誤差匹配方程式（23）、平臺(tái)姿態(tài)角匹配方程式（24）。需要注意的是，桿臂效應(yīng)的補(bǔ)償需要得到載體角速度信息，但平臺(tái)系統(tǒng)不能直接獲得角速度，所以角速度需要在濾波過(guò)程中實(shí)時(shí)計(jì)算得到。

仿真初始參數(shù)設(shè)置：主子慣導(dǎo)間桿臂矢量（單位：m）rs＝［10 10 2］T；子慣導(dǎo)誤差參數(shù)：加速度計(jì)零偏（單位：m／s2）＝［0.000 1 0.000 1 0.000 1］T，加速度計(jì)測(cè)量噪聲標(biāo)準(zhǔn)差10－5m／s2，陀螺儀常值偏值（單位：（°）／h）＝［0.2 0.2 0.2］T，陀螺儀測(cè)量噪聲標(biāo)準(zhǔn)差0.005°／h；子慣導(dǎo)的安裝誤差角δs＝［1° 1° 0.8°］，速度匹配噪聲標(biāo)準(zhǔn)差10－4m／s，框架角輸出測(cè)量噪聲10″；主慣導(dǎo)系統(tǒng)加速度計(jì)與陀螺儀零偏及隨機(jī)誤差都假設(shè)為零，框架角輸出測(cè)量噪聲假設(shè)為5″。這里不考慮艦船彈性變形的影響。

載體機(jī)動(dòng)方式是對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)精度與速度有重要影響，以艦船為背景討論平臺(tái) 平臺(tái)傳遞對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題。由于海浪及洋流的影響，艦船在海洋中存在自然的三軸角運(yùn)動(dòng)，在仿真中，假設(shè)艦船3個(gè)方向的角運(yùn)動(dòng)分別由兩種頻率的搖擺運(yùn)動(dòng)合成，其中航向角θA（自北向東轉(zhuǎn)為正）的兩種搖擺周期分別為18 s、13 s，對(duì)應(yīng)振幅分別為3.5°、2°，偏航運(yùn)動(dòng)周期分別為19 s、13 s，對(duì)應(yīng)振幅分別為0.7°、0.2°，俯仰運(yùn)動(dòng)周期分別為19 s、14 s，對(duì)應(yīng)振幅分別為3°、1.5°。對(duì)準(zhǔn)時(shí)間為120 s。

根據(jù)式（20）獲得載體角速度，由于主慣導(dǎo)精度較高，隨機(jī)誤差較小，所以這里利用主慣導(dǎo)框架角輸出得到角速度與角加速度，然后根據(jù)式（18）計(jì)算桿臂效應(yīng)加速度，在濾波中進(jìn)行補(bǔ)償。設(shè)定信號(hào)采樣頻率為20 Hz，主慣導(dǎo)框架角隨機(jī)誤差為5″，兩次差分周期為0.05 s。圖1是根據(jù)一次差分得到的角速度值。圖2是根據(jù)兩次差分得到的角加速度值?？梢钥闯?，角加速度高頻噪聲非常大，達(dá)到0.4 rad／s，主要原因是主慣導(dǎo)框架角隨機(jī)測(cè)量噪聲經(jīng)過(guò)兩次差分后被急劇放大。

采用前面設(shè)計(jì)的差分角速度低通濾波器，濾波結(jié)果如圖3所示；采用前面設(shè)計(jì)的差分角加速度低通濾波器，濾波結(jié)果如圖4所示。可以看出，通過(guò)低通濾波器后，高頻信號(hào)被有效濾除，保留了低頻信號(hào)，在仿真中，艦船搖擺運(yùn)動(dòng)周期在15 s左右，在100 s的仿真時(shí)間中，約有6～8個(gè)周期的變化。圖4中信號(hào)的周期特性與仿真設(shè)置相符，說(shuō)明低通濾波器設(shè)計(jì)比較合理。

圖1 根據(jù)一次差分得到的角速度值

圖2 根據(jù)兩次差分獲得角加速度值

圖3 濾波后的角速度值

圖4 通過(guò)低通濾波器后的角加速度值

通過(guò)上述低通濾波器后，計(jì)算得到的徑向加速度與切向加速度值中的高頻噪聲被有效濾除，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5、圖6?？梢钥闯觯邢蚣铀俣冗h(yuǎn)大于徑向加速度，所以桿臂效應(yīng)的補(bǔ)償中，切向加速度的補(bǔ)償更需注意，但切向加速度需要計(jì)算角加速度，要獲得高精度的角加速度值，對(duì)于僅有框架角輸出的平臺(tái)系統(tǒng)而言是比較困難的。

進(jìn)一步分析表明，通過(guò)對(duì)主慣導(dǎo)框架角輸出差分獲得角速度，能夠有效補(bǔ)償向心加速度，對(duì)于切向加速度，低通濾波器能夠有效地濾除高頻噪聲，顯著減小切向加速度的隨機(jī)干擾，但信號(hào)通過(guò)低通濾波器，信號(hào)存在一定的失真與延遲，與真實(shí)值存在一定的差異，這種差異影響了平臺(tái)-平臺(tái)傳遞對(duì)準(zhǔn)精度。

圖5 通過(guò)低通濾波器后的徑向加速度值

圖6 通過(guò)低通濾波器后的切向加速度值

圖7～圖10是補(bǔ)償桿臂加速度后的傳遞對(duì)準(zhǔn)濾波圖。從中可以看出，由于切向加速度補(bǔ)償精度不高，使得子慣導(dǎo)加速度計(jì)零偏和陀螺儀估計(jì)精度不高，這是容易理解的。另一方面，由于測(cè)量噪聲以及桿臂補(bǔ)償誤差造成陀螺儀零偏估計(jì)偏差較大。但子慣導(dǎo)安裝誤差傳遞對(duì)準(zhǔn)收斂速度比較快。桿臂效應(yīng)產(chǎn)生的主要原因是潛艇受到海浪影響產(chǎn)生的三軸搖擺，從而產(chǎn)生較大的桿臂效應(yīng)加速度。

圖7 桿臂效應(yīng)補(bǔ)償后的速度差濾波圖

圖8 桿臂效應(yīng)補(bǔ)償后的安裝誤差濾波圖

圖9 桿臂效應(yīng)補(bǔ)償后的加速度零偏濾波圖

圖10 桿臂效應(yīng)補(bǔ)償后的陀螺儀零偏濾波圖

為減小仿真過(guò)程中隨機(jī)數(shù)的影響，利用蒙特卡羅方法進(jìn)行了100次仿真，取濾波收斂后倒數(shù)20 s的估計(jì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，表1給出了考慮桿臂效應(yīng)補(bǔ)償情況下100次仿真結(jié)果的統(tǒng)計(jì)值。從表1中可以看出，基于速度和框架角匹配的平臺(tái)-平臺(tái)傳遞對(duì)準(zhǔn)方案可實(shí)現(xiàn)0.15°的對(duì)準(zhǔn)精度。

表1 考慮桿臂效應(yīng)補(bǔ)償?shù)姆抡鏋V波結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析

5 結(jié) 論

對(duì)于平臺(tái)-平臺(tái)系統(tǒng)傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)而言，與捷聯(lián)系統(tǒng)傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)有比較大的區(qū)別，通過(guò)上述分析，有以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）由于平臺(tái)系統(tǒng)無(wú)法直接獲取角速度，需要通過(guò)差分得到，因此角速度匹配無(wú)法使用。為實(shí)現(xiàn)桿臂效應(yīng)補(bǔ)償，需要對(duì)框架角進(jìn)行差分計(jì)算，而差分計(jì)算放大了框架角測(cè)量隨機(jī)噪聲，需要對(duì)差分得到的角速度與角加速度進(jìn)行低通濾波，本文設(shè)計(jì)的低通濾波器很好的抑制了高頻噪聲，能夠很好地復(fù)現(xiàn)真實(shí)的桿臂效應(yīng)加速度。仿真計(jì)算表明，使用速度和框架角匹配方案?jìng)鬟f對(duì)準(zhǔn)精度可達(dá)到0.15°。

（2）平臺(tái)-平臺(tái)傳遞對(duì)準(zhǔn)中，必須同時(shí)補(bǔ)償桿臂效應(yīng)中的向心加速度與切向加速度，對(duì)于艦船的搖擺運(yùn)動(dòng)，切向加速度遠(yuǎn)大于向心加速度，對(duì)于這種機(jī)動(dòng)強(qiáng)度不可能太大的情況，桿臂效應(yīng)必須以較高精度補(bǔ)償。

（3）艦船的搖擺運(yùn)動(dòng)是平臺(tái) 平臺(tái)傳遞對(duì)準(zhǔn)中一種非常有益的機(jī)動(dòng)，而且機(jī)動(dòng)幅度不能太小，否則會(huì)降低傳遞對(duì)準(zhǔn)精度、減緩對(duì)準(zhǔn)速度。

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制導(dǎo)與控制。

E-mail：zhang_shifeng＠hotmail.com

Transfer alignment technology of the platform inertial navigation system

LI Chan1，2，YU Hao-zhang1，ZHANG Shi-feng1
（1.College of Aerospace Science and Engineering，National University of Defense Technology，Changsha 410073，China；2.Beijing Institute of Tracking and Telecommunications Technology，Beijing 100094，China）

The difference of transfer alignment between the platform-platform system and strapdown-strapdown system is described in detail.Then the velocity error equations and the frame angle error equations between the master platform system and the slave platform system are deduced，and the mathematical models of the platform-platform system transfer alignment are set up，and the angle velocity and angle acceleration of the vehicle are obtained by two lowpass filters which can restrain effectively the high-frequency noise in the angle velocity and the angle acceleration respectively.The final simulation result shows that the slave inertial system’s misalignment can reach an anticipated precision of 0.15 degree in 120 seconds.

transfer alignment；platform inertial system；velocity matching；frame angle matching；lowpass filter

U 666.1

A

10.3969／j.issn.1001-506X.2015.12.24

李 蟬（198-2- ），男，工程師，博士研究生，主要研究方向?yàn)楹教鞙y(cè)控、導(dǎo)航制導(dǎo)與控制。

E-mail：lcpku＠163.com

余浩章（1977- ），男，副研究員，碩士，主要研究方向?yàn)楹教鞙y(cè)控、實(shí)驗(yàn)與鑒定。

E-mail：yuhaozhanghtc＠sina.com

張士峰（197-1- ），男，副教授，博士，主要研究方向?yàn)楹教炱鲃?dòng)力學(xué)、

1001-506X（2015）12-2823-07

2015- 01- 15；

2015- 06- 02；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版日期：2015- 09- 07。

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版地址：http：／／www.cnki.net／kcms／detail／11.2422.TN.20150907.1048.002.html

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）（2011AA8011002A）資助課題